Belichtungszeit vs. ISO-Wert

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Recoxx

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Hallo allerseits, ((o:

ich hab in der letzten Zeit viele Deep-Sky Bilder (M 51, M101, M81 usw.) mit meiner Canon Eos 1200D (DSLR) durch mein f/4 Newton gemacht. Dabei bin ich immer mehr mit dem ISO Wert runtergegangen zuletzt auf ISO 100, um den Dynamikumfang der Kamera voll auszunutzen. Und ja die feinen Strukturen z. B. in Spiralarmen von Galaxien waren viel besser zu sehen schon auf den einzelnen RAW-Bildern, als bei Bildern die ich mit z. B. ISO 800 aufgenommen habe. Klar musste ich die Belichtungszeit dann extrem verlängern. Bei IOS 100 waren es dann 25 Minuten! Und selbstverständlich waren die Kerne der Galaxie nie ausgebrannt! Ansonsten macht es nicht wirklich sinn.
So jetzt meine Fragen:
Wie macht ihr das? Habt ihr einen bestimmten ISO-Wert, womit ihr immer belichtet? Ich habe da mal was gehört, dass z. B. meine Canon Eos 1200D wohl bei IOS 400 bis 800 am besten (linear) verstärkt, also ISO-Werterhöhung. Ich habe das einmal gemacht, also ISO 400 und 10 Minuten und ISO 800 und 5 Minuten auf M101 (der Kern war nicht ausgebrannt). Mir hat das Bild mit ISO 400 und 10 Minuten optisch besser gefallen. Ich habe aber kein Vergleich mit ISO 100 und ISO 200 gemacht. Kann dazu jemand was sagen?
Klar ist mir bewußt, dass man sehr gut Einnorden muss und auch das die Gefahr größer ist, dass was schiefläuft, wenn man 25 Minuten belichtet als z. B. 10 Minuten. Wenn was schiefgeht, dann sind halt "nur" 10 Minnten kaputt und nicht gleich 25. Aber drum geht es mir nicht!
Mich würde interessieren, ob ich mit meiner "Grundidee" IOS runter Belichtungszeit hoch, um die Dynamik voll auszunutzen überhaupt richtig liege. Was denkt ihr?

Was mir dazu noch einfällt, ist dass wenn man wenigen Bilder machen auch mögliche Fehler beim stacken sich minimieren, aber ist das wirklich so?

So nun bin ich mal gespannt, ob ich eine auf meine Fragestellung bezogene Antwort bekomme. ((o;

CS
Andreas
 
Hi Andreas,

diese Frage habe ich mir auch schon häufiger gestellt (nutze ne olle 450D). Bin da nun wirklich auch kein Experte, behaupte aber, dass das ISO relativ egal ist. Angeblich gibt es für jedes DSLR Modell ein "ideales" ISO, wo die Verstärkung eben am wenigsten, ich sag mal "Nebeneffekte", erzeugt. Bei meiner 450D sind das ISO 400 und 800, welche ich dann auch nutze.
Für das Bild ist es letztendlich nur wichtig, dass die einzelnen Pixel differenzierbar bleiben. Wo genau der absolute Tonwert gerade liegt ist da erstmal uninteressant, da wir ja ohnehin stretchen. Und genau das macht die Verstärkung ja auch. So lange da also keine Bereiche in Sättigung geraten und man nicht gerade stark Ausleserauschen dominierte Kurzzeitbelichtungen macht ist das Ergebnis vergleichbar denke ich.

Und ja die feinen Strukturen z. B. in Spiralarmen von Galaxien waren viel besser zu sehen schon auf den einzelnen RAW-Bildern, als bei Bildern die ich mit z. B. ISO 800 aufgenommen habe. Klar musste ich die Belichtungszeit dann extrem verlängern.

Dein Bild mit geringerem ISO und mehr BLZ hat natürlich auch ein besseres SNR. Der Vergleich hinkt also ;)
Vergleichen müsste man bei gleicher Gesamt-BLZ und den ggf. gestackten Frames höherer ISOs.

Mich würde interessieren, ob ich mit meiner "Grundidee" IOS runter Belichtungszeit hoch, um die Dynamik voll auszunutzen überhaupt richtig liege. Was denkt ihr?

Ich denke man gewinnt keine Dynamik durch diese Methode, wenn man nachher die Summenbilder betrachtet. Vorausgesetzt natürlich die Einzelframes sind nicht in Sättigung gegangen.

Was mir dazu noch einfällt, ist dass wenn man wenigen Bilder machen auch mögliche Fehler beim stacken sich minimieren, aber ist das wirklich so?

Wenn ein Stacking richtig funktioniert treten da normalerweise keine Fehler auf.

In der Praxis nutze ich normalerweise keine Subframes mit mehr als 10 min, auch wenn es vom Guiding her ginge. Die Fehleranfälligkeit ist mir da zu hoch, besonders was Strichspuren durch Satelliten, Sternschnuppen und Flugzeuge betrifft.
Auf eine Hintergrundlimitierung der Auifnahmen sollte man natürlich achten.
 
Ich denk das sich das aufhebt, bei Iso 400 und 10min zb und Iso 800 5min , warum sollte
ISO 400 besser sein?? dieses weniger Rauschen durch niedrigen ISO Wert erkaufst du dir ja mit längerer Belichtungszeit wieder hinzu, Plus Guding Ungenauigkeit-Seeing-Turbulenzen Tubus usw.....

bei meiner Canon 60 D nehm ich zu 90% ISO 800
 
Moin,

kurz: nein!

BZ: bestimmt die Anzahl der gesammelten Photonen
Iso: bestimmt die Anzahl der Elektronen, die je gesammeltem Photon erzeugt und an den A/D-Wandler weitergereicht werden (durch verstärken)

"erzeugt" heißt, synthetisch hergestellt, errechnet, also keine echten Daten, sondern extrapolierte große Datenmenge aus einer kleinen echten Datenmenge heraus.

Beide können gleich hellen Output liefern (viel BZ mal wenig Iso vs. wenig BZ mal viel Iso), aber mit unterschiedlichen Fehlerbalken bei der Datentreue. Diese fehlende Datentreue sieht man als Rauschen ;)

Gruß und CS
Okke
 
Hallo

Erstmal ein Dankeschön an euch! Danke für euer Antworten! Ich kann dem auch folgen bzw. hatte es mir auch schon so gedacht, aber als ich mit die Bilder mit niedriger ISO Zahl und langer Belichtungszeit und umgekehrt genau angesehen habe: ..."Und ja die feinen Strukturen z. B. in Spiralarmen von Galaxien waren viel besser zu sehen schon auf den einzelnen RAW-Bildern, als bei Bildern die ich mit z. B. ISO 800 aufgenommen habe. Klar musste ich die Belichtungszeit dann extrem verlängern."... (nichts war ausgebrannt!!!)
Da kam ich ins grübeln!
Könnt ihr mir bitte nochmal erklären, warum das so ist.
Nach allem was ich hier gelesen habe und mir auch so gedacht habe, müsste die Bilder doch gleich aussehen. Oder habe ich was überlesen oder nicht richtig verstanden?
Auch der Hinweis das der SNR bei einer Aufnahme mit langer Belichtungszeit besser ist, kann ich nachdem, was ich hier alles gelesen habe nicht nachvollziehen. In dem Bereich von ISO 800 ist doch die Verstärkung linear, oder?
Wie gesagt, es sind zwei RAW-Bilder, die ich verglichen habe! Keine gestackten! Und der Unterschied war enorm!

CS
Andreas
 
Oft ist vieles nicht verständlich und vieleicht weil sich einiges eingebürgert hat, was vieleicht mehr falsch als richtig ist????

Geht mir genau so beim stacken, jedes Einzelbild mit langer Belichtungszeit bis 8min , zeigt mir mehr als 30 gestackte
min 1min Belichtungszeit....
 
...
Könnt ihr mir bitte nochmal erklären, warum das so ist.

Nur durch Belichtungszeit werden Photonen gesammelt und digital registriert. Das ist dein gewünschtes Signal. Alles was danach passiert (ISO Verstärkung, Stretchen) skaliert dein Signal nur noch, inklusive jeglichem Rauschen.
Feine Detailabstufungen im Objekt werden dadurch sichtbar, dass sich die Tonwerte benachbarter Pixel unterscheiden. Bei kurz belichteten Aufnahmen kann es jetzt dazu kommen, dass für solch ein Areal kein einziges Photon registriert wurde. Damit haben beide Pixel kein Signal und sind nicht differenzierbar. Wenn man nun alle Tonwerte im Bild verstärkt durch die ISO-Einstellung, skaliert (multipliziert) man den Wert 0 --> der bleibt 0 dadurch. Dein Gesamtbild ist nun zwar heller, hat aber nicht mehr Details. Daher ist auf länger belichteten Aufnahmen mehr zu sehen.
Das bedeutet aber nicht, dass man nur so zu brauchbaren Details kommen kann. Teilen wir die BLZ nun auf mehrere Einzelbilder auf, und betrachten die zwei angesprochenen Pixel. In manchen Bildern wird vielleicht keinerlei Signal vom Objekt vorhanden sein. In anderen dagegen schon, je nachdem wann das Photon halt registriert wurde. Die einzelnen Bilder zeigen also nicht alle die Details, die für uns von Interesse sind. Stacken wir die Bilder nun, übertragen wir aber auch das Signal aus den Einzelbildern in das Summenbild. Zeitgleich verringern wir statistisch verteilte Fehler im Bild.
All das führt dazu, dass die beiden Pixel im Summenbild wieder differenzierbar sind und das Detail zeigen.

Wie gesagt, es sind zwei RAW-Bilder, die ich verglichen habe! Keine gestackten! Und der Unterschied war enorm!

Genau, eben weil das Signal sich in beiden Bildern massiv unterscheidet.
 
@Andreas, Foxi:
Euer Hauptproblem ist, dass ihr irgendwo "gelernt" habt, dass man die Belichtungszeit halbieren kann, wenn man ISO verdoppelt.
Oder dass eine "lineare Verstärkung" irgendwetwas am Bild ändert. Multipliziert doch einmal ein Bild mit irgendeiner Zahl (ist bei den freien Astroprogrammen leider nicht immer so einfach) und Ihr werdet sehen, dass bei gleicher Skalierung der Objekte die Bilder exakt identisch aussehen. Wie oben schon von anderen erwähnt, sammelt man bei der Astrofotografie Photonen über die Zeit, und die sind statistisch verteilt (da kommt nicht regelmäßig die gleiche Photonenmenge auf ein Pixel, sondern pro Zeiteinheit oder Belichtung mal ein paar mehr oder weniger, und das passiert allen Pixeln, und daher entsteht Rauschen, auch ganz ohne Kameraelektronik) Je mehr Photonen man hat, desto "glatter" wird das Bild, weil es sich dem Mittelwert immer mehr annähert.
Um den Effekt von ISO Settings zu vergleichen, muss man auch gleiche Belichtungszeiten verwenden.
Und da sehen Bilder, die nur schwache Signale enthalten, mit höherer Isozahl gleich gut oder sogar geringfügig besser aus , weil das zusätzlich durch die Kamera eingeführte Ausleserauschen abnimmt. Alleridings brennen die hohen Signale viel früher aus.

Gruß
*entfernt*
 
Wenn du dir das Okke durchliest, dann ist das genau nicht der Fall. Komisch!?!?
 
Hallo Norbert,

danke für deine Erklärung! Das habe ich verstanden! ((o:
Was ich auch schon an einer anderen Stelle gefragt habe, aber leider keine Antwort erhalten habe, ist warum das Ausleserauschen bei höhere ISO-Zahl abnimmt. Das Ausleserauschen ist doch kameraspezifisch und müsste doch gleich bleiben oder sich sogar mit verstärken, weil es doch durch den höheren ISO-Wert mit verstärkt wird, aber anscheint habe ich da wieder was falsch verstanden.
Schön wäre es, wenn du da eine Antwort für mich hättest. ((o:

CS
Andreas
 
Oft ist vieles nicht verständlich und vieleicht weil sich einiges eingebürgert hat, was vieleicht mehr falsch als richtig ist????
deswegen habe ich versucht, so wenig Worte wie möglich zu verwenden (wichtigste Worte nochmal deutlicher hervorgehoben):
BZ: bestimmt die Anzahl der gesammelten Photonen
Iso: bestimmt die Anzahl der Elektronen, die je gesammeltem Photon erzeugt und an den A/D-Wandler weitergereicht werden (durch verstärken)
hohe Iso: die gesammelten, echten Photonen, die durch die Öffnung der Optik auf den Sensor gelangten, werden zu einem hohen Wechselkurs in Elektronen gewandelt. Aus diesem Produkt kann man denselben Zielwert erzeugen.

Beispiel:
1. hohe BZ, wenig Iso
- wir haben 100 echte, ankommende Photonen gesammelt.
- wir lesen aber 101 Photonen aus dem Pixel aus, wissen aber nicht, ob die 101 rein netto gesammelt oder teilweise "errauscht" wurden (durch Dunkelstrom im warmen Sensor).
- das verstärken wir mit "Unity gain" (=Faktor 1) und erhalten 101 Elektronen für 101 Photonen.
- die Fehler liegt also bei 1%

2. kurze BZ, hohe Iso
- wir haben nur echte 10 Photonen reinbekommen (weil kurze BZ)
- wollen aber dieselbe Helligkeit und müssen auf 101 Elektronen kommen
- also muß die Verstärkung (=gain=iso) Faktor 10 sein
- jetzt "errauscht" sich ein Pixel ein weiteres Photon, dann sind es 11
- multipliziert mit dem Verstärkungsfaktor 10 (=gain=iso), erhalten wir 110 Elektronen
- der Fehlerbalken ist also 10mal größer und liegt nun bei 10% statt 1%

Hoffe, nun es wird klarer ;)

Gruß
Okke

PS:
warum das Ausleserauschen bei höhere ISO-Zahl abnimmt
weil Ausleserauschen ein (quasi-)fester Wert ist - des A/D-Wandlers - und unabhängig von der BZ ist (übrigens auch von der Iso).
Das Ausleserauschen nimmt NICHT ab bei hoher Iso! Es bleibt konstant! Es ist eine analoge Eigenschaft eines digitalen Schaltkreises (weil es im analogen Sample-and-hold-Teil der A/D-Wandlung passiert). WAS sich verringert, ist der prozentuale ANTEIL des Ausleserauschens im weitergereichten, digitalisierten Gesamt-Signal.

Übrigens deswegen haben die Marketingstretegen den Begriff der "Iso-Invarianz" erfunden. Natürlich ist das Ausleserauschen isoinvariant! War es schon immer! Die einzige Größe, wovon das Ausleserauschen wirklich abhängt, ist die Temperatur (und die um Größenordnungen geringer ausfällt als die Temperaturabhängigkeit des Sensors selber).
 
Hi Andreas,
ich kann dir leider auch keine genauen Zahlen, und damit eine schlüssige Erklärung liefern, aber ich möchte dennoch meine Schilderung einbringen:
Ich verwende seit kürzerem eine 1200Da, und schraube dzt. auch die ISO immer weiter herunter. Trotz meist lichtverschmutztem Himmel, d.h. der Peak des Hintergrundes löst sich schon bei relativ kurzen Belichtungszeiten von der linken schwarzen Begrenzung des Histogrammes, ist es bei MIR die Tatsache, dass ich keine vernünftigen Sternfarben erhalten kann, weil die meisten Sterne ausgebrannt sind, selbst wenn ich meinen f7-Refraktor verwende, ganz zu schweigen von schnelleren Objektiven wie mein 70 - 200/f4 Canon oder das 85/f1.4 Walimex.
Nun verwendet die 1200D den gleichen Sensor wie die 60D, aber diese sehr schlechte FullWell-Kapazität habe ich so nicht an meiner 60D bemerkt; ob das nur an der Astromodifikation liegt, oder an anderer ("billigerer"?) Sensorsteuerung der 4-stelligen EOS ist mir noch nicht ganz klar, habe aber zweiteres im Verdacht.

Mein bisheriges Fazit, neben ernsthaftem Sparen auf eine richtige Astrocam ;), bei lichtschwachen Galaxien im Crop durchaus die "optimale" ISO (800) verwenden, je größer das Gesichtsfeld und je wichtiger die Sternfarben eher gerigere ISO versuchen.
Wirklich tolle Sternfarben habe ich aber bisher nicht zusammengebracht, ob das überhaupt mit der 1200Da geht ist mir noch nicht klar!

Zu deiner letzten Frage: das Ausleserauschen entsteht wirklich nur im Ausleseverstärker, im Gegensatz zum Dunkelstrom, der - temperaturabhängig - im Sensor entsteht.
Da gibt es viele Beiträge dazu, auch wissenschaftl. Artikel , wobei, zumindest mir, das bei der praktischen Umsetzung kaum hilft.

Ich bin neugierig auf weitere Kommentare,
CS + keep CoVid-free,
Woody
 
Hallo Okke,

weil Ausleserauschen ein (quasi-)fester Wert ist - des A/D-Wandlers - und unabhängig von der BZ ist (übrigens auch von der Iso).
Das Ausleserauschen nimmt NICHT ab bei hoher Iso! Es bleibt konstant! Es ist eine analoge Eigenschaft eines digitalen Schaltkreises (weil es im analogen Sample-and-hold-Teil der A/D-Wandlung passiert). WAS sich verringert, ist der prozentuale ANTEIL des Ausleserauschens im weitergereichten, digitalisierten Gesamt-Signal.

das kann ich so nicht stehen lassen. Es gibt zugegebenermaßen unterschiedliche Definitionen des Read Noise, aber wenn man diejenige nimmt, die in allen Formeln zur SNR Berechnung, in den Kameradatenblättern und in den etablierten Programmen herangezogen wird, dann ist das Ausleserauschen die Summe aus dem invarianten, analogen Chip Rauschen (hauptsächlich Vorverstärkerrauschen), und dem durch den A/D Wandlungsprozess zugefügtem Rauschen. Das ganze wird im Schluss in die Einheit Elektronen rms umgerechnet, was die einzig sinnvolle Masseinheit ist, weil wir ja auch das Signal in Elektronen messen. Der analoge Anteil in Elektronen ist tatsächlich unabhängig von gain/ISO, aber das A/D Wandlerrauschen ist in ADU konstant. Nimm an der Chip rauscht mit 5 e- , der A/D Wandler mit +/- 2 ADU, dann hängt es vom gain (bzw.ISO) ab, auf wieviele Elektronen du in der (geometrischen) Summe kommst. Letztendlich wird dieser Gesamtwert ja bei der Messung des Read Noise verwendet (also üblicherweise die Standardabweichung einer Bias Differenzmessung). Da ist der digitale Anteil mit berücksichtigt und das brauche ich ja auch für die SNR Berechnung. Und gemäß dieser Definition nimmt das Ausleserauschen natürlich mit der ISO Zahl ab (natürlich nicht ausnahmslos), was ja auch mit sämtlichen Tabellen (photonstophotos, sensorgen etc.) übereinstimmt. Das mag jetzt nach Haarspalterei klingen, aber mit deiner Definition des Read Noise kommst Du zu einer missverständlichen Schlußfolgerung.

Gruß
*entfernt*
 
Hallo Andreas,

wenn du das, was Okke und Norbert geschrieben haben alles durch hast, kannst du dir deine Frage
Was ich auch schon an einer anderen Stelle gefragt habe, aber leider keine Antwort erhalten habe, ist warum das Ausleserauschen bei höhere ISO-Zahl abnimmt. Das Ausleserauschen ist doch kameraspezifisch und müsste doch gleich bleiben oder sich sogar mit verstärken, weil es doch durch den höheren ISO-Wert mit verstärkt wird, ...
selbst beantworten. Bis dahin kannst du als kurze Antwort nehmen:
Die ISO-Verstärkung wird schon erledigt, bevor (der Großteil des) Ausleserauschens dazu kommt.

Gruß, Erwin
 
Da wird's schön verständlich erklärt:

Und dann gibts noch das zum Thema Belichtungszeiten auf dem selben Kanal:

Wenn man das gesehen hat, sollte einem klar sein, was man wie machen muss.

CS Joachim
 
Nochmal vielen Dank für die Antworten! ((o:

Ich habe mir jetzt wirklich alles durchgelesen und merke, dass es da unterschiedliche Meinungen gibt.
Aber ich werde mir mindestens alles noch zweimal durchlesen, denn ich habe das alles nicht wirklich verstanden.

CS
Andreas
 
Hi Norbert,

öhm, sag ich doch... also wenn ich dich richtig verstehe natürlich. ;) Ah, ich sehe gerade, du sagst SNR, da steckt ja das Verlältnis drin (Ratio). Im Grunde meinen wir wohl schon dasselbe, denke ich.

Jedenfalls kann das Sensorsignal solange analog verstärkt werden (iso), bis der Pegel des (verstärkten und über die BZ aufintegrierten) Sensor(dunkelstrom)rauschens den Pegel des S/H-Eingangsrauschens des Wandlers erreicht. Ab da sieht man es. Das zusammen beinhaltet das Dark, kumuliertes Sensorrauschen, Verstärkerrauschen und Aus...eigtl Einleserauschen des A/D-W.
Deswegen nimmt man ja die Biasse auf, um nur den Anteil zu bekommen, ohne den Sensoranteil ("ohne" bzw nur sehr gering, was bei einer 4000..8000stel eben noch ankommt, zumindest wird der Sensoranteil um einen Faktor 1,6x10^6 geringer ausfallen als bei zB 200sec BZ - 200x8000).
Nun kennt man die Anteile, die verrechnet werden müssen.

Der optimale Punkt wäre, wo dieses "break even" erreicht wird. Dabei ist es prinzipiell egal, woher das Rauschen kommt, es ist ja immer das Produkt aus Sensorelektronen mal Verstärkungsfaktor(iso). Klein mal groß liefert dasselbe Ergebnis wie groß mal klein. Entscheidend ist, wann sein Pegel das Einleserauschen des A/D-W erreicht. Der Punkt ist umso später erreicht, umso weniger verstärkt wird. Umso besser wird auch das SNR. Hier unten, unter unserem "zivilisierten" Nachthimmel läuft einem aber spätestens nach 10min der Chip voll, auch bei iso200 (DSLR ohne xyz-Filter).

Man will also so belichten, daß im Rausch-Gleichgewichtspunkt der Himmelshintergrund sich gerade aus dem Nichts abhebt (Histoglocke im Fotoapparat löst sich vom Rand) und die Sterne noch nicht in Sättigung geraten. Trotzdem gibt es genug Situationen, wo man von den Idealbedingungen abweicht, aus vielerlei Gründen. Der häufigste wird wohl sein "ich will aber" ?
Dann muß man halt mehr Kompromisse bei der BB machen ;)

Grüße
Okke
 
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